TWI795751B - 虛擬窗戶 - Google Patents

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Abstract

一種虛擬窗戶。在一示例中，虛擬窗戶包含透明的發光二極體(LED)顯示面板以及定向背光模組。定向背光模組位於透明的LED。透明的LED顯示面板包含複數個第一發光二極體用以顯示至少一影格。定向背光模組位於透明的LED顯示面板的背側。定向背光模組包含複數個第二發光二極體用以形成指向型LED陣列，以產生朝向透明的LED顯示面板的準直定向光。在另一示例中，虛擬窗戶包含用以顯示至少一影格的顯示面板，以及位於顯示面板的背側的背光模組。背光模組包含為顯示面板提供背光的第一光源，以及用於產生準直定向光的第二光源。

Description

虛擬窗戶
本揭示文件是關於一種顯示技術，特別是關於一種虛擬窗戶以及製造虛擬窗戶的方法。
本文所提供關於背景技術的描述是為了總體呈現本揭示文件的內容。在此背景技術部分所描述的範圍內，當前的發明以及一些在申請時可能沒有資格被視為現有技術的描述，均未被明確或暗示地承認為反對本發明的現有技術。
人造或虛擬窗戶可以藉由在無法使用或不希望使用真實窗戶的場所，提供迷人的真實世界風景，從而改善生活和工作環境。舉例來說，現有的虛擬窗戶是通過在牆壁內嵌入生動的幻燈片背景光的框架而形成的，其位置、大小和取景類似於真實的窗戶。 雖然可以以相對較低的成本製造現有能夠顯示高分辨率的圖像的人造或虛擬窗戶，但是所顯示的圖像可能缺乏一些重要的特質，以至於上述圖像與通過真實世界的窗戶觀看的風景不同而看起來不太真實。因此，現有的人造窗戶無法真正實現所需的正向心理效果。
因此，在本領域中存在解決上述缺陷和不足的需求。
本揭示文件提供一種虛擬窗戶，其包含透明的LED顯示面板以及定向背光模組。透明的LED顯示面板具有背側以及顯示側，且背側與顯示側互為相反之兩側。透明的LED顯示面板包含複數個第一發光二極體，上述第一發光二極體用以顯示至少一影格。定向背光模組位於透明的LED顯示面板的背側。定向背光模組包含複數個第二發光二極體，上述第二發光二極體用以形成指向型LED陣列，以產生朝向透明的LED顯示面板的一準直定向光。
在一些實施例中，第二發光二極體替透明的LED顯示面板顯示的該至少一影格模擬一自然光影效果。
在一些實施例中，虛擬窗戶更包含光學組件，該光學組件位於透明的LED顯示面板的顯示側，用以增加透明的LED顯示面板顯示的至少一影格的景深感覺。在一實施例中，光學組件為菲涅耳透鏡(Fresnel lens)或是超穎透鏡(Metalens)。
在一些實施例中，虛擬窗戶更包含計算裝置，計算裝置包含處理器以及儲存電腦可執行代碼的儲存裝置，其中當電腦可執行代碼經處理器執行時，電腦可執行代碼用以分析複數個控制因子以決定準直定向光的複數個參數，以及控制第二發光二極體以根據準直定向光的參數產生準直定向光。
在一些實施例中，準直定向光的參數包含：準直定向光的準直角度；準直定向光的主方向；準直定向光的輝度；以及準直定向光的色度。
在一些實施例中，準直定向光的主方向包含方位角θ以及一仰角φ。
在一些實施例中，控制因子包含至少以下一者：一日期和時間資訊；虛擬窗戶之位置資訊；虛擬窗戶之方位資訊；天氣資訊；以及關聯於至少一影格的遮蔽資訊。
在一些實施例中，計算裝置用以分析至少一影格以及該些控制因子以決定準直定向光的該些參數是藉由：分析該至少一影格或基於天氣資訊，決定該至少一影格是晴天天氣或是多雲天氣；回應於決定該至少一影格是晴天天氣，分析該至少一影格以決定太陽是否可見於該至少一影格之中；回應於決定太陽可見於該至少一影格之中，基於太陽於該至少一影格的一位置計算該準直定向光的該些參數；以及回應於決定太陽不可見於該至少一影格之中，基於日期和時間資訊、虛擬窗戶之位置以及方位資訊或是藉由分析該至少一影格中的陰影，計算該準直定向光的該些參數；以及回應於決定該至少一影格是多雲天氣，藉由分析該至少一影格分類天空狀態；基於該日期和時間資訊、該虛擬窗戶之位置以及方位資訊，或是藉由分析該至少一影格中的陰影計算該準直定向光的預先遮蔽參數(pre-obscuration parameters)；以及基於該準直定向光的該預先遮蔽參數以及天空狀態，計算該準直定向光的該些參數。
在一些實施例中，太陽於該至少一影格的該位置是藉由基於該日期和時間資訊、該虛擬窗戶之位置以及方位資訊計算太陽的該位置決定。
在一些實施例中，太陽於該至少一影格的該位置是藉由以下操作決定：分析該至少一影格以獲取該至少一影格內的至少一飽和白色像素區域；回應於只獲取一飽和白色像素區域，決定該飽和白色像素區域為太陽的該位置；以及回應於獲取複數個飽和白色像素區域，基於該日期和時間資訊、該虛擬窗戶之位置以及方位資訊，選取該些飽和白色像素區域其中之一為太陽的該位置。
本揭示文件提供一種虛擬窗戶，其包含顯示面板以及背光模組。顯示面板具有背側以及顯示側，且背側與顯示側互為相反之兩側，顯示面板用以顯示至少一影格。背光模組位於顯示面板的背側，其包含為顯示面板提供背光的第一光源，以及用於產生準直定向光的第二光源。
在一些實施例中，該第二光源替該顯示面板顯示的該至少一影格模擬一自然光影效果。
在一些實施例中，虛擬窗戶，更包含光學組件，光學組件位於顯示面板的顯示側，用以增加顯示面板顯示的至少一影格的景深感覺。在一實施例中，光學組件為菲涅耳透鏡或是超穎透鏡。
在一些實施例中，第一光源用以提供一偏振光束，且顯示面板為不具有後方偏振器的液晶顯示面板。
在一些實施例中，顯示面板具有一偏振器，且至少一影格的每一幀各自包含第一半幀以及第二半幀，其中：於每一幀各自的第一半幀，第一光源被控制為顯示面板提供背光以顯示每一幀，且第二光源被關斷；以及於每一幀各自的第二半幀，第一光源被關斷，且第二光源被控制以產生準直定向光。
在一些實施例中，虛擬窗戶更包含計算裝置，計算裝置包含處理器以及儲存電腦可執行代碼的儲存裝置，其中當電腦可執行代碼經該處理器執行時，電腦可執行代碼用以分析複數個控制因子以決定準直定向光的複數個參數，以及控制第二發光二極體以根據準直定向光的參數產生準直定向光。
在一些實施例中，準直定向光的參數包含：準直定向光的準直角度；準直定向光的主方向；準直定向光的輝度；以及準直定向光的色度。
在一些實施例中，準直定向光的主方向包含方位角θ以及一仰角φ。
在一些實施例中，控制因子包含至少以下一者：一日期和時間資訊；虛擬窗戶之位置資訊；虛擬窗戶之方位資訊；天氣資訊；以及關聯於至少一影格的遮蔽資訊。
在一些實施例中，計算裝置用以分析至少一影格以及該些控制因子以決定準直定向光的該些參數是藉由：分析該至少一影格或基於該天氣資訊，決定該至少一影格是晴天天氣或是多雲天氣；回應於決定該至少一影格是晴天天氣，分析該至少一影格以決定太陽是否可見於該至少一影格之中；回應於決定太陽可見於該至少一影格之中，基於太陽於該至少一影格的位置計算該準直定向光的該些參數；以及回應於決定太陽不可見於該至少一影格之中，基於日期和時間資訊、虛擬窗戶之位置以及方位資訊或是藉由分析該至少一影格中的陰影，計算該準直定向光的該些參數；以及回應於決定該至少一影格是多雲天氣，藉由分析該至少一影格分類天空狀態；基於日期和時間資訊、虛擬窗戶之位置以及方位資訊，或是藉由分析該至少一影格中的陰影計算該準直定向光的預先遮蔽參數；以及基於該準直定向光的該預先遮蔽參數以及天空狀態，計算準直定向光的該些參數。
在一些實施例中，太陽於至少一影格的位置是藉由基於日期和時間資訊、虛擬窗戶之位置以及方位資訊計算太陽的位置決定。
在一些實施例中，太陽於至少一影格的位置是藉由以下操作決定：分析該至少一影格以獲取該至少一影格內的至少一飽和白色像素區域；回應於只獲取一飽和白色像素區域，決定該飽和白色像素區域為太陽的位置；以及回應於獲取複數個飽和白色像素區域，基於日期和時間資訊、虛擬窗戶之位置以及方位資訊，選取該些飽和白色像素區域其中之一為太陽的位置。
本揭示文件提供一種虛擬窗戶，其包含顯示面板、背光模組以及計算裝置。顯示面板具有背側以及顯示側，且背側與顯示側互為相反之兩側，顯示面板用以顯示至少一影格，其中至少一影格是藉由遠程攝像機即時獲取。背光模組位於顯示面板的背側，其包含為顯示面板提供背光的第一光源，以及用於產生準直定向光的第二光源。計算裝置通訊連接於顯示面板、背光模組以及遠程攝像機，計算裝置包含處理器以及儲存電腦可執行代碼的儲存裝置，其中當電腦可執行代碼經處理器執行時，用以：自遠程攝像機接收至少一影格，以及基於至少一影格產生顯示面板的控制資料；自遠程攝像機接收複數個控制因子，以及決定準直定向光的複數個參數；以及基於準直定向光的參數控制第二光源以產生準直定向光。
在一些實施例中，準直定向光的參數包含：準直定向光的準直角度；準直定向光的主方向；準直定向光的輝度；以及準直定向光的色度。在一實施例中，準直定向光的主方向包含方位角θ以及仰角φ。
在一些實施例中，控制因子包含至少以下一者：一日期和時間資訊；遠程攝像機之位置資訊；遠程攝像機之方位資訊；天氣資訊；以及關聯於至少一影格的遮蔽資訊。
在一些實施例中，計算裝置用以分析至少一影格以及該些控制因子以決定準直定向光的該些參數是藉由：分析該至少一影格或基於該天氣資訊，決定該至少一影格是晴天天氣或是多雲天氣；回應於決定該至少一影格是晴天天氣，分析該至少一影格以決定太陽是否可見於該至少一影格之中；回應於決定太陽可見於該至少一影格之中，基於太陽於該至少一影格的一位置計算該準直定向光的該些參數；以及回應於決定太陽不可見於該至少一影格之中，基於該日期和時間資訊、遠程攝像機之位置以及方位資訊或是藉由分析該至少一影格中的陰影，計算該準直定向光的該些參數；以及回應於決定該至少一影格是多雲天氣，藉由分析該至少一影格分類天空狀態；基於該日期和時間資訊、遠程攝像機之位置以及方位資訊，或是藉由分析該至少一影格中的陰影計算該準直定向光的預先遮蔽參數；以及基於該準直定向光的該預先遮蔽參數以及該天空狀態，計算該準直定向光的該些參數。
在一些實施例中，太陽於至少一影格的位置是藉由基於日期和時間資訊、遠程攝像機之位置以及方位資訊計算太陽的位置決定。
在一些實施例中，太陽於至少一影格的位置是藉由以下操作決定：分析至少一影格以獲取至少一影格內的至少一飽和白色像素區域；回應於只獲取一飽和白色像素區域，決定該飽和白色像素區域為太陽的該位置；以及回應於獲取複數個飽和白色像素區域，基於日期和時間資訊、遠程攝像機之位置以及方位資訊，選取該些飽和白色像素區域其中之一為太陽的位置。
通過配合所附圖式對以下較佳實施例的描述，本揭示文件的上述以及其他示例將變得顯而易見，在不脫離本揭示文件的新穎性概念的精神和範圍的情況下，可以對其進行變化和修改。
以下將配合所附圖式對本揭示文件的實施例作詳細說明，且所附圖式中示出了本發明的示例性實施例。然而，本發明可以以許多不同的形式來實施，不應被解釋為僅限於本文在此闡述的實施例。從本揭示文件的說明書和發明的實施方式，本發明的其他實施方式對本領域的技術人員而言將會是顯而易見。在所附圖式和說明書中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。
在本發明的上下文中以及在使用每個術語的特定上下文中，本說明書中使用的術語通常具有本領域中的一般含義。在下文或說明書的其他段落用於描述本發明的某些術語是為從業人員提供有關本發明描述的額外引導。為方便說明，某些術語可能會以醒目字體或是符號標示，例如使用斜體和或引號。醒目標示的使用不會影響術語的本身的範圍和含義；在相同的上下文中，無論是否特別醒目標示，術語的範圍和含義都是相同的。應當理解，同一件事可以有多種敘述方式。因此，替代的描敘和同義詞可以用於本文所討論的任何一個或多個術語，且無論是否在本文闡述或討論該術語也不會使其有任何特殊意義。當提供某些術語的同義詞時，一個或多個同義詞的使用不會排除其他同義詞的使用。在本說明書中任何地方的示例，包括在此討論的任何術語的示例，僅為示例性，而非用於限制本發明或任何示例性術語的範圍和含義。類似地，本發明的實施方式亦不限於說明書中給出的各種實施例。
應當理解，當諸如層、膜、區域或基板的元件被稱為在另一元件『上』或『連接到』另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者中間元件可以也存在。相反，當元件被稱為『直接在另一元件上』或『直接連接到』另一元件時，不存在中間元件。如本文所使用的，『連接』可以指物理及/或電性連接。再者，『電性連接』或『耦合』係可為二元件間存在其它元件。
應當理解，儘管術語『第一』、『第二』、『第三』等在本文中可以用於描述各種元件、部件、區域、層及/或部分，但是這些元件、部件、區域、及/或部分不應受這些術語的限制。這些術語僅用於將一個元件、部件、區域、層或部分與另一個元件、部件、區域、層或部分區分開。因此，下面討論的『第一元件』、『部件』、『區域』、『層』或『部分』可以被稱為第二元件、部件、區域、層或部分而不脫離本文的教導。
本揭示文件使用的術語僅僅是為了描述特定實施例的目的，而不是限制性的。如本文所使用的，除非內容清楚地指示，否則單數形式『一』、『一個』和『該』旨在包括複數形式，包括『至少一個』。『或』表示『及/或』。如本文所使用的，術語『及/或』包括一個或多個相關所列項目的任何和所有組合。還應當理解，當在本說明書中使用時，術語『包括』及/或『包括』指定所述特徵、區域、整體、步驟、操作、元件的存在及/或部件，但不排除一個或多個其它特徵、區域整體、步驟、操作、元件、部件及/或其組合的存在或添加。
此外，諸如『下』或『底部』和『上』或『頂部』的相對術語可在本文中用於描述一個元件與另一元件的關係，如圖所示。應當理解，相對術語旨在包括除了圖中所示的方位之外的裝置的不同方位。例如，如果一個附圖中的裝置翻轉，則被描述為在其他元件的『下』側的元件將被定向在其他元件的『上』側。因此，示例性術語『下』可以包括『下』和『上』的取向，取決於附圖的特定取向。類似地，如果一個附圖中的裝置翻轉，則被描述為在其它元件『下方』或『下方』的元件將被定向為在其它元件『上方』。因此，示例性術語『下面』或『下面』可以包括上方和下方的取向。
除非另有定義，本文使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。將進一步理解的是，諸如在通常使用的字典中定義的那些術語應當被解釋為具有與它們在相關技術和本發明的上下文中的含義一致的含義，並且將不被解釋為理想化的或過度正式的意義，除非本文中明確地這樣定義。
本文使用的『約』、『近似』、或『實質上』應通常是指在一給定值或範圍的正負20%以內，較佳地為正負10%以內，並且更佳地為正負5%內。本文所給定的數值為近似的，若沒有明確說明，則可以推斷本文所給定的數值亦包含上述 『約』、『近似』、或『實質上』的含意。
以下將配合所附圖式對本公開的實施例進行說明。根據本揭示文件的目的，如本文具體的實施以及廣泛的描述，本揭示文件的一些示例是關於顯示面板和使用該顯示面板的顯示裝置。
如上所述，現有的虛擬窗戶是通過在牆壁內嵌入生動的幻燈片背景光的框架而形成的，其位置、大小和取景類似於真實的窗戶。在這種情況下，與通過真實世界窗戶所看到的風景不同，現有的虛擬窗戶所顯示的圖像可以是靜止的或固定的。在某些情況下，可以使用平面顯示器來替代以提供動態圖像。例如，平面顯示器上顯示的圖像可以包括由本地或遠程攝像機拍攝的真實室外場景的影片，使人們能夠與自然的陽光和天氣變化保持連結，並觀察到室外活動，例如風中的樹木、海洋、動物、人群或是交通等等。 然而，由於缺乏了一些重要的特質或因素，簡單地使用平板顯示器代替玻璃窗戶的虛擬窗戶看起來並不真實。這些因素的示例可能包含了：(1)當觀看者移動頭部或觀看位置時，圖像視角不會隨之改變；(2)圖像的焦平面會位於窗戶的平面，而不是在窗戶的後面所觀看物體的位置上； (3)各個顯示像素可以為可辨別的；(4)顯示器的亮度和色溫不自然；(5)顯示器沒有適當明亮的定向光源投射陰影；以及(6)從立體視覺提示中無法感知到景深。值得注意的是，這些感知因素中的每一者所佔的比重並非相同。 例如，真實感知的最重要因素是頭部運動的視差，無可辨別的像素，自然亮度和顏色以及定向光(因素1、3、4和5)。然而，視焦平面和立體視覺提示(因素2和6)仍然很重要，且人類對各個因素之間的不一致非常敏感。
因此，本揭示文件的其中一實施方式是提供一種人造窗，人造窗充分且一致地解決了上述的所有因素以產生高品質的虛擬窗戶。根據本揭示文件的一些實施例的人造窗為了可負擔性可用以最小化成本，並且為了實用和易於安裝的因素而保持薄的外形尺寸。
第1A圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的真實窗戶，而第1B圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的虛擬窗戶。如第1A圖所示，真實窗戶110位於牆壁120上，且真實窗戶110可以為透明的玻璃。當觀測者130透過真實窗戶110感知由複數個物體150組成的室外風景時，真實窗戶110前方的觀測者130可以在不同位置之間移動(更確切地說，觀察者的頭部可以在不同位置之間移動)。在這種情況下，觀測者130具有由窗戶110以及觀測者130與窗戶110的間距離所提供的有效視野。當觀測者130在與窗戶110平行的位置之間移動時，觀測者所感知的圖像會出現偏移。窗戶110(或光孔)與觀測者130的對準線改變，而使觀測者130獲得室外風景的新視角。如此一來，之前的室外圖像的某些部分現在會被牆壁120遮蓋，而之前室外場景中被牆壁120遮蓋的某些部分現在則變為可見。值得注意的是，一定數量的室內光線會被窗戶110的表面反射。正在被觀測的室外物體150與窗戶110相距一定距離，且觀測者130的眼睛聚焦在窗戶110的平面後方。
相較之下，如第1B圖所示，第1B圖繪示了虛擬窗戶100’，其中窗戶110可以被移除而在牆壁120上留下光孔，且平板顯示器140可以被置於上述光孔的後方。光孔實質上是牆壁120上的明顯的開口，用以容納所述的虛擬窗戶。平板顯示器140用以顯示對應於多個虛擬物體150’的一圖像，使得觀測者130在觀看圖像時可以感知到虛擬物體150’位於對應被感知的位置上。平板顯示器140的尺寸會大於光孔，在觀測者130與虛擬窗戶相距一定距離(例如，一公尺或是更多)的前提下，觀測者130可以根據觀測者130的站立位置看到不同視角的顯示圖像。若觀測者130緊鄰窗戶正前方，則觀測位置改變時也不會產生視角變化。在某些情況下，前方光學組件160可以置於平板顯示器140的前方，並與平板顯示器140互相平行。舉例來說，如第1B圖所示，前方光學組件160被嵌入在牆壁120上的光孔中。因此，光孔孔徑的大小與前方光學組件160的可用面積相同。在一些實施例中，前方光學組件160可以是一個或多個扁平的(或接近扁平)的光學元件，例如菲涅耳透鏡。前方光學組件160的目的是藉由平板顯示器140產生沒有顆粒感，且理想地處於真實遠距的焦點位置的虛擬圖像。
為了使虛擬窗戶看起來逼真，如第1B圖所示的平板顯示器140必需具有足夠高的亮度(例如，2000尼特)，以及包括用於高動態範圍成像的規範，因為現實世界的風景可能具有很高的動態範圍。最低限度上，平板顯示器140應符合高動態範圍(HDR)的標準。 由於現實世界的風景是由物體反射自然光(例如，太陽光)所產生的，風景圖像的顏色和陰影形狀應隨著一年中的時間及一天中的時間而變化。舉例來說，於日落時，陽光中的紅色含量較高，而藍色含量較少，且理所當然地總亮度小於日正當中的時候。理想情況下，人造窗中的平板顯示器140上顯示的影像風景會隨一天的時間變化而改變，以使其顯得逼真，並使觀測者130與所在環境保持同步。
為了使虛擬窗戶顯示的圖像更加逼真，可以在虛擬窗戶中增加定向光和陰影投射作為附加功能。概念上，於虛擬窗戶中提供定向光是為了模擬自然光(例如，太陽光)的效果。在真實窗戶的情況下，取決於諸如窗戶的方向、天氣、遮蔽物體，一天和一年中的時間等因素，自然光可能會或不會穿透過真實窗戶。相應地，為了使虛擬窗戶看起來逼真，虛擬窗戶必須具有投射定向光的能力，該定向光用於在適當的情況下，基於上述相同的因素來模擬自然光效果以模擬出真實窗戶的風景。
由於太陽的位置在一天之中會隨時間改變，所以定向光必須是「定向的」，且定向光必須在其整個範圍上都可以被投射到虛擬窗戶之外。第2圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的一天中不同時間的風景的多個圖像幀。如第2圖所示，同一風景的圖像包括五個不同的圖像幀，且每個圖像幀是在同一天的不同時間拍攝的。值得注意的是，當天氣晴朗時，有可能在場景中直接看到太陽，如第2圖的第(4)幀所示。在這種情況下，虛擬窗戶應從模擬太陽位置的角度投射高強度且明亮的準直光。換言之，當場景中的天空晴朗時，模擬太陽光通過虛擬窗戶所發出的定向光應像真實的太陽光線一樣高度準直。如此一來，如同在真實的窗戶的場景般，圖像幀的一部分可能會因為極亮的模擬太陽光而褪色。即使無法直接透過窗戶看到太陽，太陽光仍然可以透射進窗戶，並且在房間投射出陰影，如第2圖的第(3)幀所示。於此情況中，定向光不會進入觀測者的眼睛，而是會透射進入房間之中。
如上所述，當天空晴朗時，定向光應為高度準直。 然而，定向光的準直度和亮度可能會隨著天氣和一年中的時間而變化。舉例來說，第3圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的一年中不同時間的風景的多個圖像幀。如第3圖所示，同一風景的圖像包括五個不同的圖像幀，且每個圖像幀是於同一年的不同時間在不同的天氣和不同程度的多雲程度下拍攝的。當天空完全被遮蔽時，例如第3圖的第(3)幀，虛擬窗戶中幾乎不需要定向光。另一方面，在部分多雲的日子，例如第3圖的第(4)幀，一些定向光可能會自虛擬窗戶投射出，但由於雲層會將一些陽光散射，使得該些定向光無法完全準直。
基於上述的論述，由虛擬窗戶提供的定向光必須能夠在不同的準直度和亮度之間變化，且必須可以被虛擬窗戶在其整個範圍內投射出。然而，現有的一般顯示器在顯示圖像時不具備提供定向光的功能。因此，為了能夠在顯示圖像的同時提供定向光，虛擬窗戶可以包含兩個獨立的模組，包含用於顯示圖像的顯示模組以及用於提供定向光的定向背光模組。此外，還需要計算裝置對正在顯示的圖像或影像進行智能分析以控制定向背光，使得定向照明處於適當角度，且亮度、顏色、方向性或漫射性與一天中的時間和年份以及位置等影像內容一致。在一些實施例中，理想情況下會即時進行智能分析以限制數據存儲的需求，以及保持最大彈性以根據需求改變窗戶風景的影像。然而，在一些實施例中，若影像是預先錄製的(與即時影像串流相反)，則也可以預先執行智能分析，且每一影像串流中都可以包含分析的數據。在一些實施例中，對於例如由遠程攝像機的即時影像串流提供虛擬窗戶的圖像，則圖像本身無需進行智能分析。更確切地說，計算裝置會根據攝像機的方向以及攝像機本地的天氣狀況(多雲或晴天)來決定定向照明參數。
第4A圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的虛擬窗戶的側視圖。如第4A圖所示，虛擬窗戶400包含透明的發光二極體(LED)顯示面板410，定向背光模組420，光學組件430和計算裝置440。透明的LED顯示面板410具有背側412和顯示側414，且背側412和顯示側414互為透明的LED顯示面板410的相反的兩側，其中觀測者450位於LED顯示面板410的顯示側414同時透過虛擬窗戶400觀看風景。透明的LED顯示面板410用於顯示風景的靜止圖像(僅由一個圖像幀構成)或影像(可包含多個圖像幀)。定向背光模組420位於透明的LED顯示面板410的背側412，用於產生朝向透明的LED顯示器410的準直定向光，使得準直定向光為透明的LED顯示器410所顯示的圖像或影像模擬出自然光線效果。由於透明的LED顯示面板410是透明的，所以準直定向光可以穿過透明的LED顯示面板410而被觀測者450所感知。光學組件430位於LED顯示面板410的透明顯示側414上，以增加透明的LED顯示面板410所顯示的圖像或影像的景深感覺。計算裝置440通訊連接到透明的LED顯示面板410和定向背光模組420，以分別作為透明的LED顯示面板410以及定向背光模組420兩者的控制裝置。
第4B圖繪示了如第3圖所示的透明的LED顯示面板410和定向背光模組420的透視圖。如第4 B圖所示，透明的LED顯示面板410包含排列於像素陣列的複數個第一發光二極體(LEDs)415，其中每個第一發光二極體 415代表了透明的LED顯示面板410上的一個像素。在一些實施例中，第一發光二極體 415可以為有機發光二極體(OLEDs)，且透明的LED顯示面板410可以是透明的有機發光二極體(TOLED)顯示面板。在一些其他實施例中，第一發光二極體可以是無機發光二極體，例如微型發光二極體(micro-LEDs)。相應地，定向背光模組420包含排列於定向LED陣列的背板422上的複數個第二發光二極體(LEDs)425。確切地說，第二發光二極體 425包含排列於定向LED陣列中的多組發光二極體，使得每組第二發光二極體 425覆蓋一定範圍的模擬光線方向。第一發光二極體 415和第二發光二極體 425都可以包含不同顏色的發光二極體。舉例來說，在一些實施例中，每組第一發光二極體415和第二發光二極體 425可以包含複數個紅色(R)發光二極體，複數個綠色(G)發光二極體和複數個藍色(B)發光二極體，使得透明的LED顯示面板410可以顯示彩色圖像，且定向背光模組420可以產生可調整顏色的準直定向光。第二發光二極體425的數量和排列方式可以與第一發光二極體415的數量和排列方式相同或者不同。此外，透明的LED顯示面板410可以向後(亦即，朝著背側412而不是朝著顯示側414)發出部分光線，且室內光線可以穿過透明的LED顯示面板410朝著定向背光模組420透射。因此，定向背光模組420 的背板422應變黑以吸收反向光，以維持透明的LED顯示面板410所顯示的圖像或影像的對比度。在一些實施例中，背板422可以由印刷電路板(PCB)來實現。此外，透明的LED顯示面板410和定向背光模組420皆可以包含第4B圖中未示出的其他電子組件，例如未於此處詳述的畫素電路、訊號線和控制積體電路(ICs)等。
第4C圖示意性地繪示了如第4A圖所示的入射定向光以及用於顯示虛擬窗戶所提供的圖像的光線。 如第4C圖所示，由定向背光模組420產生的準直定向光428可以被定向為朝著或是遠離觀測者450的眼睛的方向。相較之下，透明的LED顯示面板410所發射的光線418 用於顯示圖像或影像，且可以是在觀測範圍內傳播的廣角光。若將準直定向光428定向為遠離觀測者450的眼睛的方向，則透明的LED顯示面板410所顯示圖像的對比度幾乎不會受到影響。
如上所述，光學組件430用於增加透明的LED顯示面板410所顯示的圖像或影像的景深感覺。在一些實施例中，光學組件430可以為基本上作為放大鏡功能的菲涅耳正透鏡(Positive Fresnel lens)。或者，在一些實施例中，光學組件430可以是超穎正透鏡(Positive Metalens)，其亦為一種平坦的光學元件。在以下使用菲涅耳正透鏡的示例中，也可以使用超穎正透鏡，並且類似的焦距、放大倍率、光學品質、離軸性能的考量也同樣適用。第5A圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的以菲涅耳正透鏡作為光學組件430的示意圖。如第5A圖所示，在物體520(亦即，由透明的LED顯示面板410所顯示的圖像)與觀測者530之間設置有焦距為f的菲涅耳正透鏡510，且物體520與菲涅耳正透鏡510之間的距離為Do。若物體520和菲涅耳透鏡510之間的距離Do小於焦距f(亦即，Do ＜f)，則物體520將會被放大，且虛像525將會出現在物體520的後方，離菲涅爾正透鏡510距離Di的感知位置上。距離Do及Di可以透過如下的透鏡方程式計算：
Figure 02_image001
(1)
類似地，物體520的高度Ho和虛像525的高度Hi可以透過如下的高度方程式計算：
Figure 02_image003
(2)
確切地說，因為物體520和虛像525都位於菲涅耳正透鏡510的與觀測者530相反的一側，所以距離Do及Di用負值表示。此外，距離Di的值期望上會相對較大，以使得虛像525被認知在位於離菲涅耳正透鏡510更遠的位置。因此，距離Do應接近(-f)。在這種情況下，虛像525的高度Hi的值也會增加。
利用菲涅耳正透鏡510的放大效果，物體520(亦即，由透明的LED顯示面板所顯示的圖像)可以按比例縮小，使得虛像525對於觀測者530來說看起來是自然的大小。若透明的LED顯示面板的分辨率足夠高，以使觀看者不能分辨單個像素，則上述方法便會有效。然而，儘管是在虛像525離得足夠遠，且達到良好的頭部動作視差的情況下使用菲涅耳正透鏡510，透明的LED顯示面板410的像素的放大率可能會過高，而顆粒感般的像素可能會非常顯眼。
菲涅耳透鏡的實現有許多具體的考量因素。一個考量因素涉及作為光學組件的菲涅耳透鏡的光學品置。鑒於菲涅耳透鏡的纖薄的優點，菲涅耳透鏡似乎是虛擬窗戶的光學組件的最佳選擇。然而，菲涅耳透鏡也被認為較難應用於成像。虛擬窗戶中使用的菲涅耳透鏡應具有較高的光學品質，以保持所顯示圖像的清晰度，菲涅耳透鏡的凹槽間距應足夠小以避免可見的失真(artifacts)，例如意外的光反射、繞射、可見的菲涅耳繞射區域圖案，以及圖像模糊或損失對比度。菲涅耳透鏡應平整且無黃化(non-yellowing)。目前，大型菲涅耳透鏡已經可以被製造出並且用於背投影的電視，一些上述的製造技術亦可應用於此。高品質的菲涅耳透鏡可在玻璃上使用丙烯酸的微複製(microreplication)技術製造。
菲涅耳透鏡的另一個考慮因素是菲涅耳透鏡的焦距：應用上，虛擬窗戶的物理深度應足夠淺，以使虛擬窗戶可以加裝或嵌入牆壁內，也就是說虛擬窗戶的整體厚度應限制在一定的閾值厚度之內，例如不超過~10公分。為達到此要求，菲涅耳透鏡與透明的LED顯示面板之間的距離應小於8公分，考量到透明的LED顯示面板和菲涅耳透鏡的厚度，以及菲涅耳透鏡的焦距應稍大。對於如此大光孔的透鏡，焦距(以下稱為f值)會非常短。例如，焦距約為0.1公尺的1公尺對角線的虛擬窗戶的f值為~0.1。雖然焦距f約為0.5的菲涅爾透鏡很常見，但f值為~0.1的菲涅爾正透鏡卻會被認為是非常具有侵略性的。如下表一所示，表一示出了f值、虛像距離以及距離Do為0.1公尺的1公尺對角線的虛擬窗戶的放大倍率間的關係。 表一
F值 虛像距離 放大倍率
0.5 -0.13 0.13
0.4 -0.13 0.13
0.3 -0.15 0.15
0.2 -0.20 0.20
0.15 -0.30 0.30
0.14 -0.35 0.35
0.13 -0.43 0.43
0.12 -0.60 0.60
0.11 -1.10 1.10
0.105 -2.10 2.10
0.101 -10.10 10.10
進一步考量關於離軸的表現：對於1公尺對角線的虛擬窗戶，在一般觀測者與窗戶的距離約為0.35公尺的情況下，需要的水平的視角最大約為120度，亦即理想情況下，光學組件應在離軸60度的範圍內表現良好。色邊紋(color fringing)或散射應該會最少。
另一方面，光學組件可以是菲涅耳負透鏡，使其作為凹透鏡產生成像。或者，在一些實施例中，光學組件可以是超穎負透鏡，其亦為平坦的光學元件。在以下使用菲涅耳負透鏡的示例中，也可以使用超穎負透鏡，並且類似的焦距、縮小倍率、光學品質、離軸表現方面的考量也同樣適用。第5B圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的以菲涅耳負透鏡作為光學組件的示意圖。如第5B圖所示，在物體560(亦即，由透明的LED顯示面板410顯示的圖像)與觀測者530之間設置有焦距為f的菲涅耳負透鏡550，且物體560與菲涅耳負透鏡550之間的距離為Do。若物體560和凹透鏡550之間的距離Do大於焦距f(亦即，Do＞ f)，則物體560將會被縮小，且虛像565將出現在物體560和菲涅耳負透鏡550之間，且離菲涅耳負透鏡550距離Di的感知位置上。計算距離Do和Di可以透過如下所示的透鏡方程式計算：
Figure 02_image005
(3)
類似地，物體560的高度Ho和虛像565的高度Hi可以透過如下的高度方程式計算：
Figure 02_image003
(4)
確切地說，因為物體560和虛像565都位於菲涅耳負透鏡550的與觀測者530相反的一側，所以距離Do及Di用負值表示。此外，距離Do的值期望上會相對較小，但在數值上依然大於f，使得物體560的位置離菲涅耳負透鏡550不會太遠。因此，距離Do應接近於(-f)。在這種情況下，虛像525的高度Hi的值也會增加。
利用菲涅耳負透鏡550作為光學組件的優點在於，透明的LED顯示面板所顯示的圖像會被進一步縮小，使得在靠近虛擬窗戶的情況下，各別像素也無法被肉眼分辨。 此外，菲涅耳負透鏡550可以增加自透明的LED顯示面板的光的發散度，並藉此在保持觀測視角的同時使用更加準直的背光。雖然菲涅耳負透鏡將虛像的有效焦平面移至更靠近觀測者530，頭部動作的視差效果將勝過焦距對觀測者530產生的視覺提示(cue)，且觀測者530仍然可以感知到足夠逼真的人造窗口景象。
如上所述，當菲涅耳正透鏡位於虛像後方足夠遠，且具有良好的頭部動作視差效果的位置時，像素的放大率過大，使得馬賽克般的像素非常明顯。相較之下，菲涅耳負透鏡既可以提供良好的頭部動作視差效果，又可以提供肉眼無法辨識的像素，雖然焦平面比期望的要近，但不會干擾虛擬窗戶的效果。菲涅耳負透鏡使虛擬窗戶具有適當小的深度、重量和成本。與菲涅耳正透鏡的實施例中所述的原因類似，菲涅耳負透鏡將需要精密的設計和製造，甚至可能需要光學鍍膜，以避免不良的圖像失真和室內光反射。
如第4C圖所示，定向背光模組420包含複數個第二發光二極體425，且該些第二發光二極體425被分為多個組，使得每組的第二發光二極體 425覆蓋一定範圍的模擬光線方向。然而，為了覆蓋大範圍的模擬光線方向，由於需要大量的第二發光二極體425，定向背光模組420的成本將會非常可觀。在這種情況下，第二發光二極體 425的數量可以減少，以在合理數量的第二發光二極體 425與合理的模擬方向的覆蓋範圍之間取得平衡。在一些實施例中，可以透過在定向背光模組中提供額外的光學組件來實現上述平衡。舉例來說，第6圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的具有透明的LED顯示面板和定向背光模組的虛擬窗戶的側視圖。確切地說，對照如第6圖所示的虛擬窗戶與如第4A~4C圖所示的虛擬窗戶，第6圖的定向背光模組620可以包含位於第二發光二極體 625與透明的LED顯示面板610之間的額外的光學組件，例如透鏡660。附加的透鏡660與如4A圖所示的光學組件430之間的差異在於，光學組件430位於透明的LED顯示面板410與觀測者450之間，而第6圖所示的透鏡660位於透明的LED顯示面板610和第二發光二極體 625之間。換言之，光學組件430是位於透明的LED顯示面板410的顯示側414的前光學器具，相較之下，透鏡660是位於透明的LED顯示面板610的背側，使得觀測者650無法看見透鏡660。第二發光二極體625和透鏡660的位置可以被分散地放置，使得由第二發光二極體625發出的光線626可以散佈在透鏡660的整個表面上，然後通過透鏡660以在期望的準直方向上成為準直的定向光628。如此一來，第二發光二極體625的數量可以被減少，而可以達成合理數量的第二發光二極體 625與合理的模擬方向的覆蓋範圍之間的平衡。在一些實施例中，透鏡660可以是菲涅耳透鏡。在一些其他實施例中，透鏡660可以是超穎透鏡。在這種情況下，定向背光模組620可以位於與透鏡660相距大約焦距F的位置處，使得由第二發光二極體 625發射並散佈在透鏡660的整個表面上的光626可以藉由透鏡660而準直。由於第二發光二極體 625是離散地被放置，因此從透鏡660射出的準直定向光628的角度可被有效地量化，且第二發光二極體625的數量應該足夠多以避免明顯的角度量化失真。
值得注意的是，在第6圖所示的實施例中，因為使用了透鏡660，而需要在透鏡660和第二發光二極體 625之間產生焦距F的距離，使得虛擬窗戶的總深度因此增加。由於菲涅耳透鏡的焦距F和其對角線尺寸的數量級相同，因此人造窗的整體尺寸也將增加。在一些實施例中，定向背光模組620的配置可以被進一步地更改以提供低深度的虛擬窗戶。舉例來說，第7A圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的具有透明的LED顯示面板和定向背光模組的虛擬窗戶的側視圖。確切來說，與第4A~4C圖所示的虛擬窗戶相較之下，在7A圖所示的實施例中，第7A圖的定向背光模塊720可以包含： 多個發光二極體陣列模組770以取代第二發光二極體 425。第7B圖為第7A圖所示的一個發光二極體陣列模組的放大圖，其中發光二極體陣列模組770包含排列於背板772上的多個第二發光二極體 774以及微透鏡776。換言之，每個發光二極體陣列模組770具有各自對應於多個第二發光二極體774的微透鏡776。微透鏡776的功能與第6圖所示的透鏡660基本相同。然而，多個微透鏡776可以代替用於整個定向背光模組的全尺寸的透鏡660，組成多個發光二極體陣列模組770。因此，發光二極體陣列模組770可以直接朝向透明的LED顯示面板710投射準直的定向光728。在一些實施例中，每一個微透鏡776可以為菲涅耳透鏡。由於菲涅耳透鏡的焦距F和其對角線尺寸的數量級相同，因此微透鏡776的尺寸和焦距可以大為下降，從而減少人造窗的總深度。在其他實施例中，透鏡776可以是超穎透鏡。
第8圖繪示了低深度虛擬窗戶的另一實施例，其中定向背光模組包含了定向導光板。如第8圖所示，定向背光模組820具有位於定向導光板822的側邊邊緣的第二發光二極體825的陣列，以及位於定向導光板背面的反射板824的邊緣型定向背光。導光板822和反射板824可以將準直的定向光828直接投射到透明的LED顯示面板810。在這種情況下，定向背光模組820不需要額外的光學組件。 儘管第二發光二極體825的陣列仍然需要使用多個第二發光二極體來形成二維陣列，第二發光二極體 825的總量也可以減少。
如上所述，計算裝置440被用於作為透明的LED顯示面板410和定向背光模組420的控制裝置。第9A圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的用於虛擬窗戶的計算裝置。如第9A圖所示，計算裝置900包含處理器910，存儲裝置920和連接到定向背光模組960的多個背光驅動電子裝置930。連接匯流排940用以互相連接計算裝置900的所有組件以及顯示面板950。計算裝置900還可以包含其他硬體組件和軟體組件(未繪示)，以執行其他相應的功能。在一些實施例中，顯示面板950可以為如上所述的透明的LED顯示面板，且定向背光模組960可以為如上所述的定向背光模組。存儲裝置920存儲電腦可執行程式代碼，且當電腦可執行程式代碼被處理器910執行時，計算裝置900的操作可以被實現。上述的操作的示例可以包含但不限於，對顯示面板所顯示的圖像或影像的分析；控制顯示面板950以顯示圖像或影像，以及控制定向背光模組960以產生準直的定向光。舉例來說，電腦可執行代碼可以包含影像播放器925和設定資料928。影像播放器925為用於控制顯示面板950和定向背光模組960的軟體模組，而設定資料928為存儲影像播放器925的資料的資料庫模組。在一些實施例中，當影像播放器925被處理器910處執行時，影像播放器925可以對顯示面板950所顯示的圖像幀(或影像幀)進行複數個預設的控制因子的分析，以決定準直的定向光的多個參數。具有複數個預定的控制因子。在一些實施例中，上述分析可以在顯示面板950所顯示的影像串流上即時進行。或者，當顯示面板950用於顯示靜止圖像或預錄的影像時，也可以在實際顯示畫面之前進行預先分析處理以生成上述的參數，並將其預先存儲在設定資料928之中。一旦決定了上述參數，影像播放器925即可透過背光驅動電子裝置930，控制定向背光模組960的第二發光二極體基於上述參數產生準直的定向光。
第9B圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的分析影像播放器以生成準直的定向光的參數的流程圖。在一些實施例中，如第9B圖所示的流程可以由第9A圖的計算裝置900中的影像播放器925執行分析，以控制如第9A圖所示的定向背光模組960來實現。值得特別注意的是，除非在本揭示文件中另有說明，否則上述方法的流程可以以不同的順序執行，且不限於如第9B圖中所示的順序。
如第9B圖所示，於流程980，影像播放器925可以從設定資料928中輸入控制因子。控制因子的示例可以包含但不限於，日期和時間資訊、虛擬窗戶的位置資訊、顯示面板的方向資訊、天氣資訊、與影像圖像幀相關聯的遮蔽資訊。舉例來說，日期和時間資訊可以包含日期和時區資訊。值得注意的是，日期不一定是當前日期，且時區可以與人工窗戶所在的實際時區不同，使得計算裝置能將影像播放器925同步至所顯示的影像的適當時間和日期。位置資訊可以包含虛擬窗戶的地理位置(緯度和經度)資訊或其他位置的表示資訊。方向資訊可以包含窗戶方位(例如，0至360度的方位角)。在一些實施例中，在進行即時分析時，控制因子還可以包含更新的間隔。舉例來說，更新的間隔可以是1秒。遮蔽資訊關連於顯示的影像中，太陽光是否是直接照射還是會被雲層遮擋。控制因子的細節將於後述段落進一步說明。
於流程982，影像播放器925也會輸入顯示面板950所顯示的影像。於流程984，影像播放器925等待更新間隔。於流程986，影像播放器925計算太陽的角度、太陽光(或影像中的任何自然光)的亮度和顏色。於流程988，影像播放器925分析影像的多雲情況，並將日照條件決定為直射日光情況(當太陽直接於視野中)和漫射日光情況(當太陽沒有直接在視野內而只有太陽光)中的一種。舉例來說，第9C圖繪示了直射日光情況下的晴天，其中太陽光直接從太陽992照射進入窗戶995。在這種情況下，太陽光基本上是準直的，且太陽光的角度可以根據一年中的時間和日期來計算。因此，陽光非常明亮地照射到房間中並投射陰影，而上述陰影可以藉由增加高照度的準直定向光照射虛擬窗戶來模擬。相較之下，第9D圖繪示了陰天的漫射陽光情況，其中陽光被雲層998散射，且投射進窗戶的光會以較低的強度和照度照射到較寬的區域。在一些情況下，漫射光的顏色也可能會變淡。虛擬窗戶也可以模擬漫射日光的效果。
於流程990，獲得以及/或更新準直定向光的參數，並將其用於產生訊號以供背光驅動電子裝置930控制定向背光模組960。 在一些實施例中，上述參數可以包含但不限於，準直定向光的準直度、準直定向光的主方向、準直定向光的亮度以及準直定向光的色度。具體的參數細節將於後述段落進一步詳細說明。
在一些實施例中，控制因子可能涉及處理更複雜的多重因素。舉例來說，若虛擬窗戶連接於網路(例如，物聯網類型的裝置)，則日期和時間資訊可以在網路上存取，且天氣資訊還可能涉及周期性的存取特定地點的線上的天氣資料。或是，可以在深度學習神經網路的圖像處理器中使用天氣分類的學習模型，而機器學習的圖像處理器可以隨著時間推斷日期和時間資訊以及位置資訊。
值得注意的是，上述分析可能不總是需要所有的控制因子。舉例來說，若影像已經預先進行了處理以產生預先儲在設定資料928中的參數，則影像播放器925可能只需要日期和時間資訊即可獲取預存儲在設定資料928中的適當參數。然而，使用多個控制因子可能會大大改善虛擬窗戶的逼真程度。
第10A和10B圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的影像播放器基於天氣分析產生準直的定向光的參數的流程圖。確切地說，第10A圖繪示了晴天的分析，第10B圖繪示了陰天的分析。 在一些實施例中，如第10A與10B圖所示的流程可以由第9圖所示的計算裝置900中的影像播放器925執行分析，以控制如第9A圖所示的定向背光模組960來實現。 值得特別注意的是，除非在本揭示文件中另有說明，否則上述方法的流程可以以不同的順序來操作，且不限於如第10A和10B圖中所示的順序。
如第10A圖所示，於流程1010，由天氣分類器(weather classifier)或線上的天氣資訊對圖像/影像幀進行分析。於流程1015，判斷天氣為晴天或是陰天。若天氣為晴朗，則於步驟1020，判斷是否存在直射日光的情況。若否(亦即，觀測者無法於視野中直接看到太陽)，則在步驟1030，影像播放器925判斷是否可以基於控制因子(例如，日期和時間資訊以及方向資訊)直接計算太陽位置。若太陽位置可以直接被計算出來，則於流程1038，計算太陽的主方向並將其作為準直定向光的參數。在一些實施例中，準直定向光的主方向(亦即，太陽的主方向)可以用方位角θ和仰角φ表示。若太陽位置無法被直接計算，則需要於流程1035，執行一額外的流程來進行陰影分析，以推斷太陽的主方向。在任一情況下，於流程1038中判斷的準直定向光為非直射日光。
回到流程1020，若判斷存在直射日光(亦即，太陽在視野中)，則於流程1040，影像播放器925決定是否可以基於控制因子(例如，日期和時間資訊以及方向資訊)直接計算太陽位置。若太陽位置可以直接被計算出來，則於流程1065，計算太陽的主方向並將其作為準直定向光的參數。另一方面，若無法直接計算出太陽位置，則於流程1045，影像播放器925對圖像/影像幀內的飽和白色像素(標示一或多個可能的太陽位置)進行分割。然後，於流程1048，操作具有閾值的眩光過濾器，以透過濾除低於閥值的分割區域來減少太陽位置所在的可能區域。若有多個可能的區域，則僅選擇其中一個區域作為太陽位置。於步驟1050，影像播放器925決定是否僅剩下一個區域。若還有兩個或更多個區域，則於過程1055，影像播放器925基於控制因子(例如，日期和時間資訊以及方位資訊)，對照預測的太陽位置進一步消除不太可能的位置。若僅剩一個區域，則於流程1060，影像播放器925計算分割區域的中心點，並決定太陽的主方向。最後，於步驟1065，將太陽的主方向用作準直定向光的參數。在任一種情況下，準直定向於流程1065中判斷的準直定向光為直射日光。
回到流程1015，若天氣為多雲，則於流程1070，如第10B圖所示，影像播放器925會先基於多雲程度對影像幀的天空狀態進行分類。在一些實施例中，天空狀態可以被分類為以下狀態其中之一：有霧、薄層狀雲、厚層狀雲、薄且間隔小的鱗狀雲，厚且間隔小的鱗狀雲，薄且間隔大的鱗狀雲或厚且間隔大的鱗狀雲。接著，於流程1072，影像播放器925決定是否可以基於控制因子(例如，日期和時間資訊以及方向資訊)直接計算太陽位置(被遮蔽前)。若可以直接計算被遮蔽前的太陽位置，則於流程1075，影像播放器925不僅會計算太陽的主方向，還會根據天空狀態計算光的漫射度和亮度。回到流程1072，若無法直接計算遮蔽前的太陽位置，則需要於流程1078，執行陰影分析以推斷太陽的主方向以及色度。於流程1080，影像播放器925判斷是否需要定向光。若判斷不需要定向光，則於流程1085，將不執行任何操作，並且不提供定向光。若判斷仍然需要定向光，則於流程1090，決定準直定向光的參數包含準直度、主方向、亮度以及色度。
一旦決定了準直定向光的參數，影像播放器925就可以對參數進行進一步地轉換，以產生用於輸出至定向背光模組960的背光驅動電子裝置930的控制訊號。在一些實施例中，控制訊號具有與定向背光模組的第二發光二極體相對應的不同的電流準位的波型。在一些實施例中，可能需要額外的電流限制和溫度過熱檢測之功能，以避免第二發光二極體過度驅動或是過熱。
在如上所述的所有實施例中，各個實施例中的虛擬窗戶都是使用透明的LED顯示面板。在一些實施例中，虛擬窗戶也可以使用液晶顯示器(LCD)。舉例來說，第11A圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的虛擬窗戶的側視圖。如第11A圖所示，虛擬窗戶1100包含LCD面板1110、定向背光模組1120、光學組件1130和計算裝置1140。光學組件1130和計算裝置1140的功能與第4A圖所示的光學組件430以及計算裝置440相同或相似，在此不再贅述。 LCD面板1110是一種顯示面板，其具有背側1112以及與背側1112相對的顯示側1114，其中觀測者1150位於LCD面板1110的顯示側1114，並透過虛擬窗戶1100觀看風景。定向背光模組1120位於LCD面板1110的背側1112。確切地說，定向背光模組1120是多功能背光模組，其用於(1)作為LCD面板1110的光源 (2)產生朝向LCD面板1110的準直定向光，使得準直定向光為LCD面板1110顯示的圖像或影像模擬自然光效果。換言之，定向背光模組1120同時提供一般的LCD背光功能和額外的定向背光功能。利用定向背光模組1120提供的LCD背光，LCD面板1110可以顯示風景的靜止圖像(僅由一個圖像幀構成)或影像(可以包含多個圖像幀)。
值得注意的是，如第11A圖所示，LCD面板1110用於作為顯示面板。然而，可以與定向背光模組1120協同運作的其他類型的顯示面板亦可以用來取代LCD面板110。舉例來說，顯示面板可以是介電濕潤(Electrowetting)顯示面板、微電機系統(MEMS)顯示面板或其他類型的顯示面板。
第11B圖繪示了第11A圖所示的LCD面板和定向背光模組的透視圖。如第11B圖所示，定向背光模組1120包含排列於背板1122上的複數個發光二極體。確切地說，定向背光模組1120的發光二極體被分為成兩組，包含為LCD面板1110提供背光的複數個第一發光二極體1125，以及用以產生準直定向光的複數個第二發光二極體1128。第一發光二極體1125和第二發光二極體1128交替排列以形成各自的陣列。在一些實施例中，第一發光二極體1125和第二發光二極體1128可以是有機發光二極體(OLEDs)，並且都可以包含不同顏色的發光二極體。在一些實施例中，上述發光二極體可以是無機的微發光二極體(mini-LEDs)或微型發光二極體(micro-LEDs)。舉例來說，在一些實施例中，第一發光二極體1125可以包含複數個紅色(R)發光二極體，複數個綠色(G)發光二極體和複數個藍色(B)發光二極體。或者是，第一發光二極體1125可以全部是一種顏色的發光二極體，例如白色(W)或藍色(B)。在一些實施例中，第二發光二極體425可以包含複數個紅色(R)發光二極體，複數個綠色(G)發光二極體和複數個藍色(B)發光二極體，使得定向背光模組1120 可以發出可調整顏色的準直定向光。在一些實施例中，發光二極體也可以被其他類型的光源(例如，雷射光源)替代。
第11C圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的具有LCD面板和定向背光模組的虛擬窗戶的側視圖。確切地說，虛擬窗戶1100’的構造與第7A圖所示的構造相似。如第11C圖所示，第11C圖中的定向背光模組1120包含第一發光二極體1125和複數個LED陣列模組1160。第11D圖繪示了第11C圖所示的其中一個LED陣列模組的放大圖，其中LED陣列模組1160包含排列於背板1162上的複數個第二發光二極體1164和微透鏡1166。換言之，每個LED陣列模組1160具有對應於複數個第二發光二極體的一個微透鏡1166。微透鏡1166的功能在於充當第二發光二極體1164和LCD面板1110之間的透鏡，使得LED陣列模組1160可以將準直定向光1129直接朝LCD面板1110投射。在一些實施例中，每個微透鏡1166可以是菲涅耳透鏡。由於菲涅耳透鏡的焦距F和其對角線尺寸的數量級相同，因此微透鏡1166的尺寸和焦距可以大為下降，從而可以降低人造窗的總深度。
再次參照第11C圖，LCD面板1110包含偏振器1115，其位於朝向定向背光模組1120的一側。因為LED陣列模組1160的準直定向光和第一發光二極體1125的背光並非同時被提供，所以需要偏振器1115。確切地說，第11E圖繪示了第11C圖所示的定向背光模組的第一發 光二極體和第二發光二極體的控制信號。如第11E圖所示，在相應的圖像或影像幀中，該幀包括第一半幀以及第二半幀。於第一半幀中，第一發光二極體1125的第一控制訊號CS1為致能(ON)，以控制第一發光二極體1125為LCD面板1115提供背光以顯示相應的幀；第二發光二極體1125的第二控制訊號CS2為禁能(OFF)，使得LED陣列模組1160被關斷。於第二半幀中，第一控制訊號CS1為禁能(OFF)，使得第一發光二極體1125被關斷；第二控制訊號CS2為致能(ON)，以控制LED陣列模組1160產生準直定向光。對於具有120赫茲(Hz)頻率的LCD面板1110來說，一幀(顯示以及準直定向光關聯的組合幀)約為16毫秒(ms)。在這種情況下，圖像會顯示半幀，亦即8毫秒，接著準直定向光會透射8毫秒。如此一來，第一發光二極體1125和LED陣列模組1160不會同時被導通或關斷，且任何時候僅有一組第一發光二極體1125和LED陣列模組1160被導通。因此，當LED陣列模組1160被導通以提供準直定向光時，LCD面板1110處於最高灰階模式且沒有顯示出圖像幀。換言之，用於顯示圖像的準直定向光和背光會於半幀中畫面交替地產生。
在第11C圖所示的實施例包含了提供偏振器1115的特徵。然而，上述特徵需要LCD面板1110僅在占空比的50%中顯示圖像，這可能會導致對比度的損耗以及定向光的偏振的損耗。此外，如第11E圖所示的分時多工時序需要可以快速響應的液晶，且具有損失對比度和造 成閃爍的風險。在一些實施例中，於定向背光模組1120，透過向後(亦即，朝向定向背光模組1120)移動如第11C圖所示偏振器1115，使得偏振器1115位於LED陣列的正上方，且第二發光二極體被穿孔，來實現預先偏振第一發光二極體1125，並保持LED陣列模組1160不被偏振。如此一來，第一發光二極體和LED陣列模組1160可以被同時點亮。無論LCD面板上顯示的圖像為何，無偏振的LED陣列模組1160都會部分地朝LCD面板1110透射定向光。這種方法的主要挑戰在於要避免一般背光LED的偏振影響而引起對比度損失。在一些實施例中，第11C圖所示的偏振器1115可以被移除，使得LCD面板1110沒有後方偏振器。然而，在這種情況下，定向背光模組1120必須與LCD面板1110距離更遠，以達到足夠的顯示亮度均勻性，因為在沒有偏振器的情況下，額外的距離可以使任何不均勻缺陷模糊。為了解決上述缺陷，第11F圖繪示了虛擬窗戶的另一實施例，其中LCD面板1110不具有偏振器。在這種情況下，定向背光模組1120的LED陣列模組1160’所使用的第二發光二極體1162必須是偏振的發光二極體。在一些實施例中，第二發光二極體1162的偏振可以透過將反射型偏振片直接放置於微型發光二極體的上方來實現。在一實施例中，反射型偏振片將具有用於LED陣列模組1160’的定向光的切口，使得上述的定向光不會被偏振，且無論LCD面板灰階的狀態，皆可透射通過LCD面板1110。在這種情況下，當顯示背光打開的同時，可以 打開定向光，並保持圖像的對比度達到定向光準直且不指向觀測者的程度。
在上述的實施例中僅提供了一光學組件(如第4A圖所示的430，或如第11A圖所示的1130)。然而，在一些實施例中，在顯示面板(如第4A圖所示的透明的LED顯示面板410，或如第11A圖所示的LCD面板1110)的顯示側可以額外增加一個光學組件以產生更自然且立體的視差圖像。舉例來說，第12圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的具有額外的透明光學組件的虛擬窗戶的側視圖。確切地說，第12圖的虛擬窗戶1200類似於第11圖所示的實施例，其包含LCD面板1210、定向背光模組1220、光學組件1230和計算裝置(未繪示)。差異在於，在LCD面板1210和光學組件1230之間增加了額外的透明光學組件1250。換言之，透明的光學組件1250位於LCD面板1210的顯示側1224。透明的光學組件1250用於作為具有靜止圖像的固定前景的透明薄片(foreground image transparency)，從而使頭部移動造成的透明薄片上的靜止圖像的偏移，小於顯示圖像的偏移從而感覺到景深。無論光學組件1250是菲涅耳正透鏡或菲涅耳負透鏡，上述效果均為有效。透明的光學組件1250提供的靜止圖像的示例可以是樹木、建築物等預期會一直在前景中出現的圖像。雖然第12圖繪示了將透明的光學組件1250用於使用LCD面板1210的虛擬窗戶的實施方式，上述的透明光學組件可以用於如上所述的任何實施 例之中。
第13圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的虛擬窗戶。確切地說，第13圖所示的虛擬窗戶1300類似於第11A圖所示的虛擬窗戶1100，且唯一的差異在於，虛擬窗戶1300更包含遠程攝像機1310。確切地說，遠程攝像機1310經由網絡1320通訊連接到計算裝置1140，使得遠程攝像機1310可以位於遠離虛擬窗戶1300的遠端的位置。在這種情況下，遠程攝像機1310可用於即時獲取圖像或影像(其包含至少一個圖像幀)，且計算裝置1140可以即時地從遠程攝像機1310接收圖像或影像，並產生用於LCD面板1100的控制資料，使得LCD面板1100可以即時顯示由遠程攝像機1310所獲得的圖像或影像。虛擬窗戶1300的其他特徵，例如LCD面板1110、定向背光模組1120、光學組件1130和計算裝置1140，與第11圖所示的實施例相似，在此不再贅述。
在如第13圖所示的虛擬窗戶1300中，LCD面板1100可以即時顯示由遠程攝像機1310獲得的圖像或影像。由於遠程攝像機1310可以位於遠離虛擬窗戶的遠端位置，因此涉及判斷準直定向光的參數的控制因子與遠程攝像機1310相關，而不是與虛擬窗戶相關。舉例來說，可以使用遠程攝像機1310的位置資訊和方向資訊取代虛擬窗戶的位置資訊和方向資訊。類似地，目前使用的天氣資訊也應與遠程攝像機1310的位置相關。
本發明提供的示例性的實施例僅出於說明和描述 之目的，並無意窮舉本發明或是將本發明限制為本文揭示的精確形式。鑑於本文上述的引導，當可對其作各種之更動與潤飾。
實施例的選擇和描述是為了解釋本發明的原理及其實際應用，以便啟發本領域的其他技術人員利用本發明和各種實施例，進行各種適於預期特定用途的修改。在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
110:真實窗戶
120:牆壁
130:觀測者
140:平板顯示器
150:物體
150’:虛擬物體
100’:虛擬窗戶
160:光學組件
400:虛擬窗戶
410:顯示面板
412:背側
414:顯示側
415:第一發光二極體
420:定向背光模組
422,722:背板
425:第二發光二極體
418,626:光線
428,628,728:準直定向光
430:光學組件
440:計算裝置
450:觀測者
510:菲涅耳正透鏡
520:物體
525:虛像
530,650:觀測者
Do,Di:距離
F,f:焦距
Ho,Hi:高度
550:菲涅耳負透鏡
560:物體
565:虛像
610:顯示面板
620:定向背光模組
625:第二發光二極體
660:透鏡
720:定向背光模組
770:發光二極體陣列模組
774:第二發光二極體
776:微透鏡
810:顯示面板
820:定向背光模組
822:定向導光板
824:反射板
825:第二發光二極體
900:計算裝置
910:處理器
920:存儲裝置
925:影像播放器
928:設定資料
930:背光驅動電子裝置
940:匯流排
950:顯示面板
960:定向背光模組
982:流程
992:太陽
995:窗戶
998:雲層
1110:LCD面板
1120:定向背光模組
1128:第二發光二極體
1130:光學組件
1140:計算裝置
1112:背側
1114:顯示側
1150:觀測者
1100,1100’:虛擬窗戶
1122,1162:背板
1125:第一發光二極體
1160,1160’:LED陣列模組
1166:微透鏡
1164:第二發光二極體
1162:第二發光二極體
1115:偏振器
CS1:第一控制訊號
CS2:第二控制訊號
1210:LCD面板
1220:定向背光模組
1230:光學組件
1250:透明光學組件
1224:顯示側
1300:虛擬窗戶
1310:遠程攝像機
1320:網絡
第1A圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的真實窗戶。 第1B圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的虛擬窗戶。 第2圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的一天中不同時間的風景的多個圖像幀。 第3圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的一年中不同時間的風景的多個圖像幀。 第4A圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的虛擬窗戶的側視圖。 第4B圖繪示了如第3圖所示的透明的LED顯示面板和定向背光模組的透視圖。 第4C圖示意性地繪示了如第4A圖所示的入射定向光以及用於顯示虛擬窗戶所提供的圖像的光線。 第5A圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的以菲涅耳正透鏡作為光學組件430的示意圖。 第5B圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的以菲涅耳負透鏡作為光學組件的示意圖。 第6圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的具有透明的LED顯示面板和定向背光模組的虛擬窗戶的側視圖。 第7A圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的具有透明的LED顯示面板和定向背光模組的虛擬窗戶的側視圖。 第7B圖為第7A圖所示的一個發光二極體陣列模組的放大圖 第8圖繪示了低深度虛擬窗戶的另一實施例，其中定向背光模組包含了定向導光板。 第9A圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的用於虛擬窗戶的計算裝置。 第9B圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的分析影像播放器以生成準直的定向光的參數的流程圖。 第9C圖繪示了晴天的直射日光情況。 第9D圖繪示了陰天的漫射陽光情況。 第10A圖繪示了晴天的分析。 第10B圖繪示了陰天的分析。 第11A圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的虛擬窗戶的側視圖。 第11B圖繪示了第11A圖所示的LCD面板和定向背光模組的透視圖。 第11C圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的具有LCD面板和定向背光模組的虛擬窗戶的側視圖。 第11D圖繪示了第11C圖所示的其中一個LED陣列模組的放大圖。 第11E圖繪示了第11C圖所示的定向背光模組的第一發光二極體和第二發光二極體的控制信號。 第11F圖繪示了虛擬窗戶的另一實施例。 第12圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的具有額外的透明光學組件的虛擬窗戶的側視圖。 第13圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的虛擬窗戶。
100’:虛擬窗戶
120:牆壁
130:觀測者
140:平板顯示器
150’:虛擬物體
160:光學組件

Claims (30)

  1. 一種虛擬窗戶，包含：一透明的LED顯示面板，具有一背側以及一顯示側，且該背側與該顯示側互為該透明的LED顯示面板之相反的兩側，其中該透明的LED顯示面板包含複數個第一發光二極體，該些第一發光二極體用以顯示至少一影格(image frame)；一定向背光模組，位於該透明的LED顯示面板的該背側，其中該定向背光模組包含複數個第二發光二極體，該些第二發光二極體用以形成一指向型LED陣列，以產生朝向該透明的LED顯示面板的一準直定向光，其中該複數個第二發光二極體所產生的該準直定向光被投射到該虛擬窗戶之外直接提供給一觀測者；以及一計算裝置，該計算裝置包含一處理器以及儲存電腦可執行代碼的一儲存裝置，其中當該電腦可執行代碼經該處理器執行時，該電腦可執行代碼用以：分析複數個控制因子以決定該準直定向光的複數個參數；以及控制該些第二發光二極體以根據該準直定向光的該些參數產生該準直定向光。
  2. 如請求項1所述之虛擬窗戶，其中該些第二發光二極體替該透明的LED顯示面板顯示的該至少一影格模擬一自然光影效果。
  3. 如請求項1所述之虛擬窗戶，更包含一光學組件，該光學組件位於該透明的LED顯示面板的該顯示側，用以增加該透明的LED顯示面板顯示的該至少一影格的一景深感覺。
  4. 如請求項3所述之虛擬窗戶，其中該光學組件為一菲涅耳透鏡(Fresnel lens)或是一超穎透鏡(Metalens)。
  5. 如請求項1所述之虛擬窗戶，其中該準直定向光的該些參數包含：該準直定向光的一準直角度；該準直定向光的一主方向；該準直定向光的輝度；以及該準直定向光的色度。
  6. 如請求項5所述之虛擬窗戶，其中該準直定向光的該主方向包含一方位角θ以及一仰角φ。
  7. 如請求項1所述之虛擬窗戶，其中該些控制因子包含至少以下一者：一日期和時間資訊；該虛擬窗戶之位置資訊； 該虛擬窗戶之方位資訊；一天氣資訊；以及一遮蔽資訊(obscuration information)，該遮蔽資訊關聯於該至少一影格。
  8. 如請求項7所述之虛擬窗戶，其中該計算裝置用以分析該至少一影格以及該些控制因子以決定該準直定向光的該些參數是藉由：分析該至少一影格或基於該天氣資訊，決定該至少一影格是晴天天氣或是多雲天氣；回應於決定該至少一影格是晴天天氣，分析該至少一影格以決定太陽是否可見於該至少一影格之中；回應於決定太陽可見於該至少一影格之中，基於太陽於該至少一影格的一位置計算該準直定向光的該些參數；以及回應於決定太陽不可見於該至少一影格之中，基於該日期和時間資訊、該虛擬窗戶之位置以及方位資訊或是藉由分析該至少一影格中的陰影，計算該準直定向光的該些參數；以及回應於決定該至少一影格是多雲天氣，藉由分析該至少一影格分類一天空狀態；基於該日期和時間資訊、該虛擬窗戶之位置以及方位資訊，或是藉由分析該至少一影格中的陰影計算該準直 定向光的預先遮蔽參數(pre-obscuration parameters)；以及基於該準直定向光的該預先遮蔽參數以及該天空狀態，計算該準直定向光的該些參數。
  9. 如請求項8所述之虛擬窗戶，其中太陽於該至少一影格的該位置是藉由基於該日期和時間資訊、該虛擬窗戶之位置以及方位資訊計算太陽的該位置決定。
  10. 如請求項8所述之虛擬窗戶，其中太陽於該至少一影格的該位置是藉由以下操作決定：分析該至少一影格以獲取該至少一影格內的至少一飽和白色像素區域；回應於只獲取一飽和白色像素區域，決定該飽和白色像素區域為太陽的該位置；以及回應於獲取複數個飽和白色像素區域，基於該日期和時間資訊、該虛擬窗戶之位置以及方位資訊，選取該些飽和白色像素區域其中之一為太陽的該位置。
  11. 一種虛擬窗戶，包含：一顯示面板，具有一背側以及一顯示側，且該背側與該顯示側互為該顯示面板之相反的兩側，該顯示面板用以顯示至少一影格；以及一背光模組，位於該顯示面板的該背側，包含為該顯示 面板提供背光的一第一光源，以及用於產生一準直定向光的一第二光源，其中該第二光源所產生的該準直定向光被投射到該虛擬窗戶之外直接提供給一觀測者。
  12. 如請求項11所述之虛擬窗戶，其中該第二光源替該顯示面板顯示的該至少一影格模擬一自然光影效果。
  13. 如請求項11所述之虛擬窗戶，更包含一光學組件，該光學組件位於該顯示面板的該顯示側，用以增加該顯示面板顯示的該至少一影格的一景深感覺。
  14. 如請求項13所述之虛擬窗戶，其中該光學組件為一菲涅耳透鏡(Fresnel lens)或是一超穎透鏡(Metalens)。
  15. 如請求項11所述之虛擬窗戶，其中該第一光源用以提供一偏振光束，且該顯示面板為不具有後方偏振器的一液晶顯示面板。
  16. 如請求項11所述之虛擬窗戶，其中該顯示面板具有一偏振器，且該至少一影格的每一幀各自包含一第一半幀以及一第二半幀，其中：於每一幀各自的該第一半幀，該第一光源被控制為該顯 示面板提供背光以顯示該每一幀，且該第二光源被關斷；以及於每一幀各自的該第二半幀，該第一光源被關斷，且該第二光源被控制以產生該準直定向光。
  17. 如請求項11所述之虛擬窗戶，更包含一計算裝置，該計算裝置包含一處理器以及儲存電腦可執行代碼的一儲存裝置，其中當該電腦可執行代碼經該處理器執行時，該電腦可執行代碼用以分析複數個控制因子以決定該準直定向光的複數個參數，以及控制該些第二發光二極體以根據該準直定向光的該些參數產生該準直定向光。
  18. 如請求項17所述之虛擬窗戶，其中該準直定向光的該些參數包含：該準直定向光的一準直角度；該準直定向光的一主方向；該準直定向光的輝度；以及該準直定向光的色度。
  19. 如請求項18所述之虛擬窗戶，其中該準直定向光的該主方向包含一方位角θ以及一仰角φ。
  20. 如請求項17所述之虛擬窗戶，其中該些控制因子包含至少以下一者： 一日期和時間資訊；該虛擬窗戶之位置資訊；該虛擬窗戶之方位資訊；一天氣資訊；以及一遮蔽資訊(obscuration information)，該遮蔽資訊關聯於該至少一影格。
  21. 如請求項20所述之虛擬窗戶，其中該計算裝置用以分析該至少一影格以及該些該些控制因子以決定該準直定向光的該些參數是藉由：分析該至少一影格或基於該天氣資訊，決定該至少一影格是晴天天氣或是多雲天氣；回應於決定該至少一影格是晴天天氣，分析該至少一影格以決定太陽是否可見於該至少一影格之中；回應於決定太陽可見於該至少一影格之中，基於太陽於該至少一影格的一位置計算該準直定向光的該些參數；以及回應於決定太陽不可見於該至少一影格之中，基於該日期和時間資訊、該虛擬窗戶之位置以及方位資訊或是藉由分析該至少一影格中的陰影，計算該準直定向光的該些參數；以及回應於決定該至少一影格是多雲天氣，藉由分析該至少一影格分類一天空狀態； 基於該日期和時間資訊、該虛擬窗戶之位置以及方位資訊，或是藉由分析該至少一影格中的陰影計算該準直定向光的預先遮蔽參數(pre-obscuration parameters)；以及基於該準直定向光的該預先遮蔽參數以及該天空狀態，計算該準直定向光的該些參數。
  22. 如請求項21所述之虛擬窗戶，其中太陽於該至少一影格的該位置是藉由基於該日期和時間資訊、該虛擬窗戶之位置以及方位資訊計算太陽的該位置決定。
  23. 如請求項21所述之虛擬窗戶，其中太陽於該至少一影格的該位置是藉由以下操作決定：分析該至少一影格以獲取該至少一影格內的至少一飽和白色像素區域；回應於只獲取一飽和白色像素區域，決定該飽和白色像素區域為太陽的該位置；以及回應於獲取複數個飽和白色像素區域，基於該日期和時間資訊、該虛擬窗戶之位置以及方位資訊，選取該些飽和白色像素區域其中之一為太陽的該位置。
  24. 一種虛擬窗戶，包含：一顯示面板，具有一背側以及一顯示側，且該背側與該顯示側互為該顯示面板之相反的兩側，該顯示面板用以顯 示至少一影格，其中該至少一影格是藉由一遠程攝像機即時獲取；一背光模組，位於該顯示面板的該背側，包含為該顯示面板提供背光的一第一光源，以及用於產生一準直定向光的一第二光源，其中該第二光源所產生的該準直定向光被投射到該虛擬窗戶之外直接提供給一觀測者；以及一計算裝置，通訊連接於該顯示面板、該背光模組以及該遠程攝像機，該計算裝置包含一處理器以及儲存電腦可執行代碼的一儲存裝置，其中當該電腦可執行代碼經該處理器執行時，用以：自該遠程攝像機接收該至少一影格，以及基於該至少一影格產生該顯示面板的控制資料；自該遠程攝像機接收複數個控制因子，以及決定該準直定向光的複數個參數；以及基於該準直定向光的該些參數控制該第二光源，以產生該準直定向光。
  25. 如請求項24所述之虛擬窗戶，其中該準直定向光的該些參數包含：該準直定向光的一準直角度；該準直定向光的一主方向；該準直定向光的輝度；以及該準直定向光的色度。
  26. 如請求項25所述之虛擬窗戶，其中該準直定向光的該主方向包含一方位角θ以及一仰角φ。
  27. 如請求項24所述之虛擬窗戶，其中該些控制因子包含至少以下一者：一日期和時間資訊；該遠程攝像機之位置資訊；該遠程攝像機之方位資訊；一天氣資訊；以及一遮蔽資訊(obscuration information)，該遮蔽資訊關聯於該至少一影格。
  28. 如請求項27所述之虛擬窗戶，其中該計算裝置用以分析該至少一影格以及該些該些控制因子以決定該準直定向光的該些參數是藉由：分析該至少一影格或基於該天氣資訊，決定該至少一影格是晴天天氣或是多雲天氣；回應於決定該至少一影格是晴天天氣，分析該至少一影格以決定太陽是否可見於該至少一影格之中；回應於決定太陽可見於該至少一影格之中，基於太陽於該至少一影格的一位置計算該準直定向光的該些參數；以及回應於決定太陽不可見於該至少一影格之中，基於該 日期和時間資訊、該遠程攝像機之位置以及方位資訊或是藉由分析該至少一影格中的陰影，計算該準直定向光的該些參數；以及回應於決定該至少一影格是多雲天氣，藉由分析該至少一影格分類一天空狀態；基於該日期和時間資訊、該遠程攝像機之位置以及方位資訊，或是藉由分析該至少一影格中的陰影計算該準直定向光的預先遮蔽參數(pre-obscuration parameters)；以及基於該準直定向光的該預先遮蔽參數以及該天空狀態，計算該準直定向光的該些參數。
  29. 如請求項28所述之虛擬窗戶，其中太陽於該至少一影格的該位置是藉由基於該日期和時間資訊、該遠程攝像機之位置以及方位資訊計算太陽的該位置決定。
  30. 如請求項28所述之虛擬窗戶，其中太陽於該至少一影格的該位置是藉由以下操作決定：分析該至少一影格以獲取該至少一影格內的至少一飽和白色像素區域；回應於只獲取一飽和白色像素區域，決定該飽和白色像素區域為太陽的該位置；以及回應於獲取複數個飽和白色像素區域，基於該日期和時間資訊、該遠程攝像機之位置以及方位資訊，選取該些飽 和白色像素區域其中之一為太陽的該位置。
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